植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫研究進(jìn)展

張融雪, 孫玥, 蘇京平, 王勝軍, 劉燕清, 佟卉, 孫林靜

天津市農(nóng)作物研究所, 天津市農(nóng)作物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300384

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)具有很多重要的功能，如參與蛋白質(zhì)合成的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、分泌以及糖基化等，其中最為重要的功能之一就是對蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在精確的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)(endoplasmic reticulum quality control, ERQC)，正常條件下，分子伴侶和糖基化修飾能輔助蛋白質(zhì)正確折疊，一些不正確折疊的蛋白質(zhì)會被糖鏈標(biāo)記后再次折疊[1]；如果持續(xù)不能正確折疊則會被輸出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解(endoplasmic reticulum-associated degradation, ERAD)或自噬進(jìn)行降解[2]。然而，在應(yīng)激條件下，錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)大量產(chǎn)生而ERQC系統(tǒng)無法及時(shí)處理，錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白質(zhì)大量積累導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫(endoplasmic reticulum stress, ERS)，進(jìn)而引發(fā)未折疊蛋白質(zhì)響應(yīng)(unfolded protein response, UPR)。UPR能夠調(diào)控一系列下游基因，如分子伴侶、ERAD組分等，如果這些調(diào)控還不能使植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)恢復(fù)正常，UPR將會啟動細(xì)胞程序性死亡(program cell death, PCD)[3]。

酵母作為一種模式生物，被廣泛用于科學(xué)研究，酵母中的ERS和UPR等相關(guān)分子機(jī)制的研究已較為透徹[4]。在動物體系中，ERS的相關(guān)分子機(jī)制也己被深入探究，并發(fā)現(xiàn)其在神經(jīng)性疾病和心血管疾病的治療中起到關(guān)鍵作用[5]。當(dāng)植物遭受干旱、高溫、鹽等脅迫時(shí)，也會引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫，但目前，植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫方面的研究較酵母和動物滯后。因此，本文從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)和未折疊蛋白質(zhì)響應(yīng)2個(gè)方面對植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫現(xiàn)有研究進(jìn)行綜述，以期為進(jìn)一步理解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫和植物逆境脅迫的關(guān)系提供參考。

1 植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是分泌蛋白和膜蛋白折疊與修飾的重要場所，存在嚴(yán)密的質(zhì)量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被稱為ERQC[2]。該系統(tǒng)主要作用包括通過分子伴侶和糖基化修飾幫助蛋白質(zhì)正確折疊，利用ERAD和自噬清除錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)來維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)[3]。正常條件下，蛋白質(zhì)折疊和錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)清除之間存在著精確的平衡。

1.1 植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶

植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在多種分子伴侶，能夠幫助蛋白質(zhì)正確折疊。擬南芥中有3個(gè)重鏈結(jié)合蛋白基因(heavy-chain binding protein,BiP)，均受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)因子衣霉素誘導(dǎo)表達(dá)，BiP能夠結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解底物蛋白——油菜素內(nèi)酯不敏感突變體1-5(brassinosteroid-insensitive 1-5, bri1-5)和bri1-9[6]；辣椒中有3個(gè)BiPs，分別是CaBiP1、CaBiP2和CaBiP3，其中CaBiP1和CaBiP2在正常和脅迫條件下均穩(wěn)定表達(dá)，CaBiP3受脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，CaBiP1的RNAi植株對多種脅迫敏感[7]。擬南芥內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位DNAJ家族成員3B(ER-localized DnaJ family 3B, ERdj3B)是DNAJ/HSP40(heat shock protein 40)同源物，能夠與BiP結(jié)合參與ERQC。謝非德基因(SHEPHER, SHD)是葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94(glucose-regulated protein 94, GRP94)的同源物，具有分子伴侶功能，受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)因子衣霉素和二硫蘇糖醇強(qiáng)烈誘導(dǎo)[8]，對其突變體分析發(fā)現(xiàn)SHD是克拉瓦塔蛋白(CLAVATA, CLV)合成的必要條件[3,9]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留的蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase, PDI)也是分子伴侶，擬南芥中有13個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留的PDI類蛋白[10]，目前還沒有直接證據(jù)表明PDI與錯(cuò)誤蛋白質(zhì)清除有關(guān)，但ERAD底物bri1-5的Cys62Tyr突變體能被滯留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，暗示PDI可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯(cuò)誤蛋白質(zhì)的清除有關(guān)[11]。

1.2 植物CNX/CRT循環(huán)

外源凝集素鈣聯(lián)蛋白(calnexin, CNX)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的單次跨膜蛋白，N末端有凝集素結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合糖蛋白葡萄糖殘基，C末端含有跨膜域。鈣網(wǎng)蛋白(calreticulin, CRT)是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔可溶性蛋白，N末端結(jié)構(gòu)與CNX類似，而C末端無跨膜域但有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號。CNX和CRT都是凝集素類蛋白，能特異識別并結(jié)合葡萄糖基1-甘露糖基9-葡萄糖胺2(Glc1Man9GlcNAc2)修飾，還能夠招募其他分子伴侶幫助被上述糖基修飾的蛋白質(zhì)折疊。折疊正確的糖基化蛋白質(zhì)在葡萄糖苷酶Ⅱ的作用下去除Glc1Man9GlcNAc2的Glc，使CNX/CRT對糖基親和力下降并解離下來；折疊不完全的蛋白質(zhì)由尿苷二磷酸葡萄糖糖蛋白糖基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucose:glycoprotein glucosyl-transferase，UGGT)催化Man9GlcNAc2又生成Glc1Man9GlcNAc2，進(jìn)入CNX/CRT循環(huán)[12]。擬南芥中有3個(gè)鈣網(wǎng)蛋白CRT和2個(gè)鈣聯(lián)蛋白CNX，N末端球型結(jié)構(gòu)、脯氨酸豐富的P結(jié)構(gòu)域和C結(jié)構(gòu)域是二者共同點(diǎn)，不同之處在于P結(jié)構(gòu)域和C結(jié)構(gòu)域之間是否有跨膜域，CNX有該跨膜域而CRT沒有。二者N末端均可結(jié)合單葡糖基修飾的低分子聚糖，并且存在保守的KHEQKLDCGGGYVLL和IMFGPDICG序列[13]。植物CRT的另一個(gè)特征是N末端有潛在糖基化位點(diǎn)，但是沒有高甘露糖低分子聚糖修飾。bri1-9是功能完整但是部分結(jié)構(gòu)有變異的油菜素內(nèi)酯受體，能被AtCRT3結(jié)合從而滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，但是在atcrt3 bri1-9雙突變體中，沒有AtCRT3可結(jié)合的bri1-9又能正常轉(zhuǎn)運(yùn)出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，從而恢復(fù)了突變體對油菜素內(nèi)酯(brassinosteroids, BR)的敏感性，但AtCNX沒有滯留bri1-9于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能[14]。同時(shí)有研究表明，UGGT突變也能讓bri1-9逃逸出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，當(dāng)UGGT缺失時(shí)，bri1-9雖然沒有正確折疊但也不能被糖基化，所以不必進(jìn)入CNX/CRT循環(huán)，會被當(dāng)做正常的蛋白質(zhì)直接轉(zhuǎn)運(yùn)出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)[15]。

1.3 植物糖基化修飾

真核生物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中會發(fā)生N端糖基化，Asn-X-Ser/Thr被稱為糖基化位點(diǎn)，此類糖基化由寡糖基轉(zhuǎn)移酶(oligosaccharyl transferase, OST)完成，衣霉素阻斷此過程可導(dǎo)致低聚糖鏈無法正確連接到初生蛋白，缺乏糖基化修飾的初生蛋白不能被分子伴侶識別而形成未折疊蛋白，進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫[16]。

N端糖基化的質(zhì)量檢測由Ⅰ類α-甘露糖苷酶(alpha-mannosidase Ⅰ, MNS)控制。擬南芥中有5個(gè)MNS，分別是MNS1、MNS2、MNS3、MNS4和MNS5。其中，MNS1和MNS2定位于高爾基體，MNS3、MNS4和MNS5定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。MNS3將Man9GlcNAc2切除1個(gè)甘露糖殘基后形成Man8GlcNAc2，MNS1/2繼續(xù)剪切3個(gè)α-1,2甘露糖殘基。MNS4和MNS5是降解bri1-5和bri1-9所必需的，而MNS1、MNS2和MNS3不參與降解過程[16]。當(dāng)糖蛋白未折疊完全或者錯(cuò)誤折疊，UGGT可催化這些蛋白質(zhì)重新糖基化[17]。

1.4 植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解

無法恢復(fù)正確折疊的糖蛋白會被轉(zhuǎn)運(yùn)出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過26S蛋白酶體降解，被稱為ERAD。植物中已報(bào)道的ERAD相關(guān)底物有擬南芥BR受體突變蛋白bri1-5和bri1-9[18]、擬南芥液泡羧肽酶Y277位甘氨酸突變精氨酸蛋白(arabidopsis carboxypeptidase Y*glycine 277 arginine, AtCPY*-G277R)[19]、大麥抗白粉病基因1(barley powdery mildew O 1, MLO-1)和MLO-12[20]、蓖麻毒蛋白A鏈(ricin toxin A chain，RTA)[21]和蓖麻凝集素(ricinus communis agglutinin，RCA)[22]。

底物識別方面，AtOS9含有甘露糖6磷酸鹽受體同源結(jié)構(gòu)域(mannose-6 phosphate receptor homology, MRH)，能識別C 鏈末端α-1,6甘露糖殘基。在功能缺失突變體atos9中，bri1-5和bri1-9的表型可被抑制。AtOS9能與羥甲基戊二酰輔酶A還原酶降解因子3A(hydroxymethyl glutaryl-coenzyme A reductase degradation 3A, HRD3A)相互作用，二者的功能缺失突變體均對鹽脅迫敏感，表明AtOS9和HRD3A均參與了植物糖蛋白的降解[23-24]。

底物轉(zhuǎn)運(yùn)方面，酵母與哺乳動物中推測的轉(zhuǎn)運(yùn)因子是羥甲基戊二酰輔酶A還原酶降解因子1(hydroxymethyl glutaryl-coenzyme A reductase degradation 1, Hrd1)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解1(degradation in the ER, Der1)和Sec61[25]。擬南芥中,Hrd1的同源物有2個(gè)(AtHrd1A、AtHrd1B)，Der1的同源物有3個(gè)(DER1、DER2.1、DER2.2)，Sec61的同源物有3個(gè)(AT2G34250、AT1G29310、AT1G78720)；玉米中Der1的同源物有4個(gè)(ZmDer1-1、ZmDer1-2、ZmDer2-1、ZmDer2-1)，ZmDer1和ZmDer2能互補(bǔ)酵母Δder1的表型[26]。這也表明不同物種之間ERAD作用機(jī)制是保守的。

底物泛素化方面，AtHRD1A和AtHRD1B是定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的E3泛素連接酶，參與了bri1-5和bri1-9的降解，二者的單個(gè)缺失突變體對bri1-5和bri1-9均無影響，只有二者同時(shí)突變才有影響[27]。Matα2降解子10(degradation of Matα2 10, Doa10)是酵母中定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的泛素連接酶，擬南芥中的同源物叫做無蠟質(zhì)9(eceriferum 9, CER9)或者干旱缺陷抑制子(suppressor of DRY2 defects 1, SUD1)，負(fù)調(diào)控脫落酸(abscisic acid, ABA)和蠟質(zhì)合成從而負(fù)調(diào)控耐旱性[28]，還能夠通過調(diào)節(jié)甲羥戊酸途徑中的關(guān)鍵因子HMGR的活性影響甾醇類和異戊二烯類物質(zhì)的合成[29]。膜錨定環(huán)指蛋白1(RING-finger protein with membrane anchor 1, RMA1)是動物細(xì)胞中又一個(gè)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的泛素連接酶。擬南芥中有3個(gè)同源物：AtRMA1、AtRMA2和AtRMA3，三者也都定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并且具有體外泛素連接酶活性[30]；辣椒中RMA1的同源物是CaRma1H1，通過降解水通道蛋白PIP2;1正調(diào)控轉(zhuǎn)基因擬南芥的抗旱性[31]；苜蓿中RMA1的同源物是MKB1，通過負(fù)調(diào)控羥甲基戊二酰輔酶A還原酶影響甾醇類物質(zhì)合成[32]。黃花苜蓿鹽和衣霉素誘導(dǎo)環(huán)指蛋白1(Medicagofalcatasalt tunicamycin-induced RING finger protein, MfSTMIR)是1個(gè)跨膜域和1個(gè)C3H2C3類型RING結(jié)構(gòu)域的E3泛素連接酶，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，表達(dá)受鹽、干旱和衣霉素誘導(dǎo)。過表達(dá)MfSTMIR的擬南芥和苜蓿鹽脅迫耐受性增強(qiáng)。進(jìn)一步研究表明，MfSTMIR能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的泛素結(jié)合酶MtUBC32以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)通道亞基MtSec61γ相互作用，促進(jìn)ERAD相關(guān)底物MtCPY*的降解，以ERAD方式清除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)來緩解鹽脅迫對植物的損害[33]。底物泛素化不僅需要泛素連接酶還需要E2泛素結(jié)合酶，植物中參與ERAD的E2目前只有AtUBC32，其表達(dá)受到衣霉素和鹽脅迫誘導(dǎo)，但是其缺失突變體對衣霉素和鹽脅迫均不敏感，AtUBC32能與AtDoa10相互作用，調(diào)控bri1-5和bri1-9的降解過程[20]。

底物降解方面，細(xì)胞分裂調(diào)控蛋白48(cell division control protein 48, CDC48)是AAA(ATPases associated with diverse cellular activities)型ATP水解酶，在煙草葉肉細(xì)胞中是降解RTA和RCA所必需的[34]。無ATPase活性的CDC48A-QQ能穩(wěn)定MLO-1。酵母中與ERAD相關(guān)的Ubx2、Rad23在植物中也有同源物，但是在ERAD方面的具體功能尚未報(bào)道[35]。

植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解系統(tǒng)還包含其他組分。甲基磺酸乙酯誘變油菜素內(nèi)酯不敏感突變體1抑制因子7(ethyl methanesulfonate-mutagenized brassino-steroid insensitive 1 suppressor 7,EBS7)編碼一種植物特異性的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位蛋白，與ERAD組分AtHRD1a相互作用，并可能調(diào)節(jié)HRD1a的穩(wěn)定性。在ebs7 bri1-9中，EBS7的缺失使得AtHrd1a穩(wěn)定性下降，從而導(dǎo)致bri1-9多聚泛素化水平下降，增加了bri1-9的穩(wěn)定性，部分恢復(fù)了ebs7 bri1-9的BR敏感性[36]。Hrd1-1相關(guān)蛋白1(protein associated with Hrd1-1, PAWH1)和PAWH2定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，并且與EBS7直接互作。在ebs7突變體中,PAWH1和PAWH2的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性下降，pawh1 pawh2雙突變體中EBS7和HRD1穩(wěn)定性下降，對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫和鹽脅迫的敏感性增強(qiáng)[37]。

1.5 植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬

在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫條件下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特定區(qū)域能通過自噬進(jìn)行降解和循環(huán)，這也是質(zhì)量控制的一部分，植物中UPR和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬緊密相關(guān)[38]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感受器IRE1B通過降解自噬基因表達(dá)抑制因子的轉(zhuǎn)錄本間接促進(jìn)自噬，從而將自噬與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫聯(lián)系起來[39]。自噬相關(guān)基因9(autophagy related 9, ATG9)對植物中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫引起的自噬體形成至關(guān)重要，在atg9突變體自噬相關(guān)蛋白中ATG18a的轉(zhuǎn)運(yùn)被破壞[40]。上述結(jié)果表明自噬在清除受損內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)方面有重要作用。

2 植物未折疊蛋白質(zhì)響應(yīng)

當(dāng)植物遭受干旱、高溫、鹽等脅迫時(shí)，會引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫能夠引發(fā)UPR。哺乳動物中有3條經(jīng)典UPR通路：肌醇需求酶1(inositol requiring enzyme 1, IRE1)-X盒結(jié)合蛋白1(X-box-binding protein 1, XBP1)、轉(zhuǎn)錄激活因子6(activating transcription factor 6, ATF6)-位點(diǎn)2蛋白酶(site-2 proteases, S2P)、蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PKR-like ER Kinase, PERK)-轉(zhuǎn)錄激活因子4(activating transcription factor 4, ATF4)[41]。在植物中，IRE1-bZIP60通路對應(yīng)IRE1-XBPl，bZIP17/bZIP28-S2P通路對應(yīng)ATF6-S2P，目前尚未發(fā)現(xiàn)PERK在植物中的對應(yīng)通路[3]。UPR下游調(diào)控基因一般為幫助蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶和清除錯(cuò)誤蛋白質(zhì)的ERAD組分，脅迫嚴(yán)重時(shí)會引發(fā)PCD相關(guān)基因表達(dá)[3]。

2.1 植物未折疊蛋白響應(yīng)信號感知

IRE1是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感受器，在擬南芥中存在2個(gè)同源物IRE1A和IRE1B，N末端在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)具有感受結(jié)構(gòu)域，中間有1個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)，C末端是激酶和核糖核酸酶結(jié)構(gòu)域[42]。擬南芥中IRE1的靶基因是AtbZIP60，正常條件下AtbZIP60定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外膜。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫能活化IRE1，AtbZIP60mRNA被活化的IRE1剪切導(dǎo)致跨膜域移碼缺失，編碼產(chǎn)物不再定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)而是進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子作用[43]。這種可變剪接在ire1a和ire1b中均能檢測到，但是在ire1a ire1b雙突變體中卻消失了，表明IRE1A和IRE1B在剪接AtbZIP60mRNA的功能上存在冗余性。AtbZIP60突變體中許多內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因表達(dá)與野生型相比顯著降低，AtbZIP60還能誘導(dǎo)自身表達(dá)[44]。水稻中OsIRE1對OsbZIP74也有這種可變剪接的作用，不僅去除了跨膜域，而且還產(chǎn)生了新的核定位信號[45]。此外，AtbZIP28或AtbZIP60能與轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組分Ash2或WDR5a相互作用，對靶基因啟動子附近組蛋白H3K4me3水平進(jìn)行調(diào)控，從表觀層面調(diào)控目的基因表達(dá)[46]。

圖1 植物UPR途徑及ERAD系統(tǒng)[2,47]

ATF6是另一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫感受器，在擬南芥中的同源物是AtbZIP17和AtbZIP28，正常條件下均定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。脅迫條件下，高爾基體滯留蛋白酶S1P和S2P酶切AtbZIP17和AtbZIP28，使其進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子功能[48]。ATF6本身不具有結(jié)合CCACG box的活性，與NF-Y相互作用后才有順式作用元件結(jié)合活性。AtbZIP28能與NF-YA4、NF-YB3和NF-YC2相互作用后行使基因表達(dá)調(diào)控功能，NF-YA、NF-YB和NF-YC之間也存在功能冗余[49]。AtbZIP17缺失突變體中鹽響應(yīng)基因ATHB-7表達(dá)量下調(diào)，對鹽脅迫敏感；AtbZIP28突變體對鹽脅迫不敏感，但對高溫、衣霉素、二硫蘇糖醇敏感[50]。在擬南芥中過表達(dá)ZmbZIP17增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因擬南芥對衣霉素和二硫蘇糖醇的抗性，還增強(qiáng)了對ABA的敏感性[51]。擬南芥bZIP28和bZIP60在熱擊脅迫下共同調(diào)控了一些UPR響應(yīng)基因的上調(diào)表達(dá)。bzip28bzip60雙突變體對熱脅迫敏感，角果長度和育性均降低[52]。ZmbZIP60通過激活HSFTF13上調(diào)HSP基因表達(dá)，增強(qiáng)玉米耐熱性，缺失突變體Zmbzip60在高溫條件下不能誘導(dǎo)HSP上調(diào)表達(dá)，弱化了高溫?zé)釗舴磻?yīng)，導(dǎo)致突變體耐熱性降低[53]。

還有一些植物特異的膜定位轉(zhuǎn)錄因子也受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控。NAC062定位于質(zhì)膜，受衣霉素和二硫蘇糖醇誘導(dǎo)表達(dá)，并且能從質(zhì)膜解離下來進(jìn)入細(xì)胞核，AtbZIP60缺失影響NAC062表達(dá)。NAC062的RNAi植株中，僅有部分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因表達(dá)受損，如SHD、BiP1/2和CRT1，而其他內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因BiP3、CNX1、PDI5和PDI6表達(dá)正常，這表明NAC062能夠調(diào)控的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)基因較為特異[54]。NAC089是另一個(gè)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)錄因子，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫時(shí)NAC089能夠從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜解離進(jìn)入細(xì)胞核。NAC089受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫上調(diào)表達(dá)，是AtbZIP28和AtbZIP60的直接下游。過量表達(dá)NAC089可以誘導(dǎo)PCD相關(guān)基因表達(dá)，但降低NAC089的表達(dá)卻增強(qiáng)了植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫耐受性[55]。

2.2 植物未折疊蛋白質(zhì)信號傳遞

UPR上調(diào)表達(dá)基因的啟動子區(qū)域大部分有植物特異的順式作用元件Motif Ⅰ CCACGTCA和Motif Ⅱ CC-N12-CCACG，小部分有動物UPR順勢作用元件ERSE-Ⅰ和ERSE-Ⅱ，還有一些酵母UPRE；UPR下調(diào)表達(dá)的基因沒有發(fā)現(xiàn)保守的順勢作用元件[56]。擬南芥UPR信號途徑誘導(dǎo)表達(dá)的基因分為3類：①增強(qiáng)蛋白質(zhì)折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因，如分子伴侶和囊泡運(yùn)輸基因；②錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)降解相關(guān)基因，如ERAD相關(guān)的泛素連接酶；③減少蛋白質(zhì)合成相關(guān)基因，如抑制分泌蛋白表達(dá)基因。

UPR還調(diào)控了細(xì)胞凋亡相關(guān)基因。AGB1是G蛋白β亞基，ire1a ire1b abg1三突變體與ire1a ire1b雙突變體相比，對衣霉素更加敏感，但是BiP3、ERdj3A和ERdj3B的表達(dá)量在abg1中比野生型增加的多[57]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫和滲透脅迫誘導(dǎo)大豆脫水早期響應(yīng)因子15(early responsive to dehydration 15,ERD15)表達(dá)，然后上調(diào)天冬氨酸豐富蛋白(N-rich protein,NPR)表達(dá)[58]。過表達(dá)NRP能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡蛋白酶類似物Caspase-3Like表達(dá)，加速DNA片段化，進(jìn)而導(dǎo)致大豆葉片衰老[59]。衣霉素誘導(dǎo)的擬南芥細(xì)胞凋亡初期，Bax抑制因子1(Baxinhibitor1,Bi1)表達(dá)量急劇增加，bi1突變體對衣霉素超敏感，而過量表達(dá)Bi1的轉(zhuǎn)基因擬南芥苗期對衣霉素不敏感，這表明Bi1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫誘導(dǎo)細(xì)胞死亡中起到關(guān)鍵作用。Bcl-2相關(guān)永生基因(Bcl-2-associated athanogene, BAG)是另一個(gè)抗凋亡因子，AtBAG7定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，與BiP2有相互作用，bag7缺失突變體對衣霉素更敏感[60]。

3 展望

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)折疊是真核細(xì)胞的一個(gè)重要過程，該過程受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制監(jiān)測，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中異常折疊蛋白質(zhì)的積累導(dǎo)致ERS，進(jìn)而引發(fā)UPR，這一過程在酵母和哺乳動物細(xì)胞中研究較為詳細(xì)，而植物中研究較少。隨著ERAD和UPR關(guān)鍵組分在植物中得到確認(rèn)，植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫研究逐漸深入，如HRD1和Doa10是哺乳動物細(xì)胞中構(gòu)成ERAD復(fù)合體的核心泛素連接酶，在植物中分別是AtHRD1A/AtHRD1B和SUD1/CER9[28-29]；哺乳動物細(xì)胞中UPR通路IRE1-XBPl和ATF6-S2P，在植物中對應(yīng)的分別是IRE1-XBPl和bZIP17/bZIP28-S2P[3]。除了上述保守組分，研究還發(fā)現(xiàn)了一些植物特異組分，如ERAD途徑相關(guān)的EBS7[36]、MfSTMIR[33]、PAWH1和PAWH2[37]，UPR途徑中的膜定位NAC轉(zhuǎn)錄因子NAC62[54]以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的NAC089[55]，這些研究極大豐富了對植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫的認(rèn)識。雖然植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫研究取得了長足的進(jìn)步，但是仍存在一些問題，如Doa10在植物干旱反應(yīng)中發(fā)揮作用，但其作用靶標(biāo)尚未確定；哺乳動物細(xì)胞中UPR途徑的PERK/ATF4通路在植物中并未發(fā)現(xiàn)對應(yīng)組分。因此，在植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫研究中還應(yīng)關(guān)注以下幾方面：①內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解的底物鑒定研究需要加強(qiáng)，目前僅有CaRma1H1和SDIR1 的底物比較明確，其他內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解相關(guān)E3泛素連接酶的底物仍不清楚。②植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脅迫相關(guān)的特異組分，例如EBS7、MfSTMIR等報(bào)道對環(huán)境脅迫有作用，但是尚未有其他特異組分報(bào)道。③關(guān)于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解相關(guān)底物由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)的過程在植物中仍不明確，具體組分不清楚。④植物UPR途徑組分研究相對較少，還有待發(fā)現(xiàn)更多組分并明確功能。